登陆注册
5381900000007

第7章 各显其能:化学元素故事(6)

其他材料都已具备,只是石墨需要现加工,这一任务交给了德国著名的西门子公司。西门子公司则指示其位于拉齐布日的普拉尼亚工厂生产布雷格需要的石墨。

普拉尼亚工厂的总工艺师埃尔温·施密特是一个坚定的反纳粹战士。他看到布雷格要求的订货单后,对要求在很短的时间内生产长3米、宽06米,100块之多的石墨片感到十分奇怪,他想不通什么地方需要这么多这种规格的石墨,而且要求的时间又这么急。施密特预感到这批订单一定是要用到军事目的上。虽然他猜不出这批石墨到底是用于什么军事目的,但他还是决心破坏这次供货。当然,不生产是不行的,施密特采取了非常巧妙的办法,就是设法使生产出来的石墨含有硫、二氧化硫和钙等杂质。

施密特的计划取得了巨大的成功,德军既未发现产品中含有杂质,布雷格也没有想到石墨中会含有杂质。结果,布雷格在使用含有杂质的石墨进行实验时,屡试屡败,以至于他认为自己的计算有误,只好另寻新的减速剂。这使德国原定的生产原子弹的计划大大推迟了。

1915年正值第一次世界大战,西方战线的德法两军正处在相持状态。

德军为了打破僵局,在4月22日,突然向英法联军使用了可怕的化学武器———18万公斤氯气,造成英、法士兵伤亡15万人。此后不到一年的时间里,双方用过几十种不同的化学毒气。所以,必须找到一种能使任何毒气都会失去毒性的物质才好。

这种有效的解毒剂在1915年末就被科学家找到了,它就是活性炭。

什么是活性炭呢?把木材隔绝空气加热可以得到木炭。木炭是一种多孔性物质,这种物质的表面积很大。而物质的表面积越大,它吸附其他物质的分子也就越多,吸附作用也就越强烈。如果在制取木炭时不断地通入高温水蒸气,除去黏附在木炭表面的油质,使内部的无数管道通畅,那么木炭的表面积必然更大。经过这样加工的木炭,就叫做活性炭。显然,活性炭比木炭有更强的吸附作用。到1917年,交战双方的防毒面具里都已装上了活性炭。

木炭和活性炭的成分都是碳。碳和碳的化合物是一个极其庞大的家族,其种类不胜枚举。它们在国民经济建设和我们的日常生活中占有十分重要的地位。

金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质。还有一种碳叫做无定形碳,通常称为无定形碳的有木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。

我国古代用墨书写或绘制的字画,虽年深日久但仍不变色,这说明在常温下,碳的化学性质是不活泼的。碳受日光照射或跟空气、水分接触,都不容易起变化。但是,随着温度的升高,碳的活动性大大增强。在高温下,碳能够跟许多物质起反应。

木炭可以跟氧气发生氧化反应。

当碳在氧气或空气里充分燃烧时,生成二氧化碳,同时放出大量的热。当碳燃烧不充分的时候,生成一氧化碳,同时也放出热。

单质的碳具有还原性,在较高温度下它能夺取某些含氧化合物里的氧,使其他元素还原。比如在加热的时候,木炭能从氧化铜里还原出铜。

高温

2CuO+C2Cu+CO2↑

单质碳的还原性可用于冶金工业。炼铁厂之所以用焦炭冶炼生铁,是因为焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来。碳这种司空见惯的元素,对人类的贡献可是绝对不容小觑的!

化干戈为玉帛的陶瓷

12世纪后期,埃及王国与大马色国一度失和,两国边境形势严峻。大马色国陈兵数万,虎视眈眈,眼看一场战争不可避免。埃及国王萨拉定立即召来谋士,商谈如何化解这场战争,其中一位谋士献出了一条锦囊妙计,获得埃及国王的赞许。国王立即派人带上一个神秘的箱子出使大马色国。大马色国王奴尔爱定看到埃及国王送的礼物极为高兴。面对埃及王国的和平诚意,奴尔爱定决定撤兵回城,一场战争就此平息了。读者可能会问,究竟是什么礼物使大马色国偃旗息鼓,收兵回国的呢?原来,埃及国王萨拉定送上的是一箱中国陶瓷工艺品。一箱陶瓷使两国化干戈为玉帛,可见中国陶瓷的身价之高,乃至被视为无价之宝。所以,欧洲人把瓷器叫做“China”,久而久之,“China”成了中国的英文名称。

陶瓷是最古老的硅酸盐材料。精致的中国陶瓷制品,至今仍然吸引着世界各地的客商。随着科学技术的发展,具有特殊优异性能的现代陶瓷材料也飞速地发展起来,并且具有非常广泛的应用,被人们誉为永不凋谢的材料之花。当然,在军事领域陶瓷也不甘落后。

有一天,美国新材料研究中心来了一个神秘的客人,他是美国核试验基地的空军驾驶员。他带来了一个新的研究课题。原来,在核战争或核试验中,一颗爆炸能量跟2万吨TNT炸药相当的原子弹,爆炸时所产生的70亿大卡的辐射光能在3秒钟里全部释放出来,即使离爆炸中心比较远的人,眼睛也会被核闪光灼伤。空军驾驶员等到发现核闪光再戴防护眼镜就来不及了。如何解决这个问题呢?以前科研人员为他们设计了一种防核护目头盔,但控制护目镜的是一台高压电源,飞行员得背上几十公斤重的用硅钢片做成的变压器,既笨重又麻烦。因此,他们向新材料研究中心提出了研究新的护目镜材料的要求。研究中心接到这一课题后,立即组织力量进行攻关。他们选择了许多材料进行实验,最终选择的理想材料是陶瓷,不过它不是普通的日用陶瓷,而是一种经过特殊的“极化”处理的陶瓷。这种陶瓷能把机械力、光能转变成电能,在电场作用下,又能把电能转变为机械能。这种特殊的功能叫做“压电效应”,具有这种压电效应的陶瓷叫压电陶瓷。

核试验员带上用透明压电陶瓷做成的特殊护目镜,极为方便。原子弹爆炸后,当核闪光强度达到危险程度时,由于光的作用护目镜的控制装置马上就把它转变成瞬时高电压,防护镜便自动地迅速变暗,在千分之一秒里,能把光强度减弱到只有原来的万分之一。险情过后,它还能自动复原,不影响驾驶员的视力。这种压电陶瓷护目镜结构简单,重不过几十克,只有火柴盒那么大,安装在防核护目头盔上当然十分方便。

压电陶瓷在军事上的应用十分广泛。第一次世界大战中,英军发明了坦克,自此以后坦克曾经在多次战争中大显身手。然而,到了20世纪六七十年代,由于反坦克武器的发明,坦克失去了昔日的辉煌。反坦克炮发射出的炮弹一接触坦克,就会马上爆炸。因为这种炮弹头上装有一种引爆装置,它就是用压电陶瓷制成的。只要引爆装置跟坦克相碰撞,它马上能把因此产生的强大的机械力转变成瞬间高电压,爆发火花,引爆雷管使炮弹发生爆炸。

我们留心一下就会发现,很多领域都利用压电陶瓷的这种优良性质做成各式各样的用品。比如日常生活用品和玩具上常见的蜂鸣器,就是用压电陶瓷做成的。

新型陶瓷的种类有很多。如具有气敏、热、电、磁、声、光等功能互相转换特性的各种“功能陶瓷”,用于人或动物肌体、具有特殊生理功能的“生物陶瓷”等。下面再介绍一种十分有趣的陶瓷———“啤酒陶瓷”。

说起“啤酒陶瓷”的出世,还有一个非常有趣的故事。

美国的化学家哈纳·克劳斯在研究一种用于宇航容器的材料配方时,无意中错把身旁的一杯啤酒当做蒸馏水倒入了一个盛有石膏粉、黏土以及几种其他化学药品的烧杯中,结果出现了意想不到的奇特现象,烧杯中的那些混合物立即产生了很多泡沫,体积突然膨胀了约2倍,不到30秒就变成了硬块,这使克劳斯大吃一惊。他在回忆当时的情况时说:“这一过程如此之快,以致我都想不起来我到底做了些什么。”这种后来被人称做“啤酒石”的陶瓷具有釉光、重量轻、无毒、防火性能好等特点。

“可疑金”不再可疑

1782年的一天,奥地利矿物学家牟勒正在萨拉特纳采矿,突然在一个矿穴里看到一种色泽美丽的矿石:乍看是银白色,细看略显黄色,并带有浅蓝色,奇特无比。当地人都称它为“可疑金”、“奇异金”。他觉得新奇,便采了一些标本拿回实验室。次日,他从矿石中提取出一粒银灰色金属,外貌酷似金属锑,但其性质又与锑差别很大。牟勒心想,它可能是一种新金属,但他又没有什么科学依据,于是将这点唯一的标本寄给了化学家贝格曼,请求帮助鉴定。由于标本太小,贝格曼也无能为力,只能断定它的确不是锑,未能进一步加以研究。

本来这时牟勒已经发现并制得了元素碲,可是,由于他为人做事过于审慎,没有公布这一发现。因此,这一发现竟沉默了16年。1797年,德国化学家克拉普罗特又重新提取和研究这种物质,结果有了重大发现。

克拉普罗特把这种“可疑金”矿石研成粉末,用王水溶解(生成可溶性TeCl4),滤出残渣后,往滤液中慢慢加入冰水稀释,随后又加入苛性钠,使滤液变成弱酸性,于是有白色沉淀析出(含水TeO2)。克拉普罗特又加入过量的苛性钠溶液,则白色沉淀溶解(生成Na2TeO4),仅留少许棉絮状的棕色氢氧化铁沉淀。他把沉淀洗净烘干,用油调成糊状,装在硬质玻璃瓶中徐徐加热干馏,一直烧到红热。结果在冷凝器和玻璃瓶壁上凝结出一些银白色的金属颗粒。经过仔细研究后,他确定这种金属是一种尚未见到的新金属,于是他为其取名为“碲”,其拉丁文原意是“地球”的意思。1798年,克拉普罗特在柏林科学院宣布了“可疑金”矿的组成,从此,“地球”元素碲才名声远扬。

虽然克拉普罗特在碲元素的发现上立下了汗马功劳,可是他并不贪图虚名,更无掠美之意,在报告中他一再强调牟勒早在1782年就发现了碲。牟勒闻讯倍受感动,同时也深感内疚,从此,他在科学探索的征途上,也变得勇敢起来。克拉普罗特谦虚谨慎的科学态度一直被当成佳话广为流传。

催化大王

100多年前的一天,正值一位化学家的生日,可是他仍在忙着做实验,当人们把他从实验室里拉出来参加宴会时,化学家匆忙接过一杯蜜桃酒一饮而尽,酒醇香甜美。可是当他喝自斟的第二杯酒时,忽然皱起眉头把酒吐了出来———酒竟变得像醋那样酸!这是怎么回事呢?化学家仔细观察,这才注意到匆忙中自己没有洗手,手指上沾满了黑色粉末,也许就是这粉末施的魔法吧!经过研究,终于证实了这个猜想。

这黑色粉末就是金属铂。纯净的铂块闪耀着银白色的光泽。极细的铂粉因吸收光线而呈现黑色,又叫“铂黑”。甜酒之所以变酸就是由于铂黑使酒中的乙醇氧化成了醋酸,而铂却“无动于衷”,这就是大家熟知的“催化作用”。

1823年,德国化学家德贝莱纳发现:把氢气流源源不断地通到铂粉上,铂粉温度会逐渐升高至红热,最后使氢气不点自燃。这也是铂的催化奇迹,它使常温下难于化合的氢气和氧气变得容易化合了。根据这个原理,世界上出现了第一只打火机———用酸产生的氢气通到铂绒上而发火。

铂的催化本领从20世纪初开始大显神威。以前,人们曾经想利用空气中丰富的氮气来制造氮肥。但是偏偏氮气性情懒惰,很难与氢结合变成氨。与活泼的氧气反应,也要电弧下,强迫它们结合。怎么办呢?还是铂施展催化神通,才使氢气和氮气结合,工业上用空气中游离氮制造氮肥得以实现,从此开创了人造氮肥的******。目前许多化学反应,如加氢、脱氢、异构化、环化、脱水、氧化、化合等都离不了金属铂。据估计每年世界上有30余万种新物质出现,其中3/4的产品要靠催化剂帮忙才能制得。而在催化剂队伍中,催化历史之悠久,催化活性之强,适应范围之广,均以铂最引人注目,难怪人们亲切地称它为“催化大王”。

同类推荐
  • 学校学生的规范化管理

    学校学生的规范化管理

    学校的规范化管理,是为了实现素质教育的培养目标,把学校管理活动中最基本的、相对稳定的管理内容,通过制定切实可行的制度和规范,采取强制执行、严格训练和有效的思想教育,使之成为学校师生员工自觉遵守的习惯,内化为师生员工的素质,进而形成学校的传统,以达到管理非管理,似有似无的境界,并形成一定的常规。
  • 中学文学读本(三)

    中学文学读本(三)

    中学文学教育里必然包含着语文知识的教育,两者并不矛盾。而且优秀文学作品是学习民族语文的最好教材。前不久,瑞典著名汉学家、诺贝尔文学奖的评委马悦然先生来复旦大学演讲和开座谈会时,一位从事对外汉语教学的老师向他提问:在教外国人汉语的教材里,是否应该放人优秀的汉语文学作品?马悦然先生迫不及待地高声回答:越早越好!越早越好!马悦然先生长期从事汉语教学,他这么回答实在是出于经验之谈。因此,对于中学的语文教学来说,文学审美能力的培养以至于整个人文教育,都应该是如马先生所说的:越早越好!越早越好!
  • 飞扬:第十六届新概念作文获奖者范本(散文卷)

    飞扬:第十六届新概念作文获奖者范本(散文卷)

    《飞扬·第十六届新概念作文获奖者范本散文卷》所收录的均为新概念作文十六届获奖者的经典散文作品,这些作品,具有着优秀散文特有的文学气息,字字珠玑,能让读者体会到文字带来的意境美与情感美,提高读者的写作水平,增加自身的文学素养,同时能够陶冶性情,启迪心智。
  • 青少年必学古文名句的故事(启迪青少年的语文故事集)

    青少年必学古文名句的故事(启迪青少年的语文故事集)

    启迪青少年的语文故事集——青少年必学古文名句的故事启迪青少年的语文故事集——青少年必学古文名句的故事。
  • 豆豆学习记:父母应该这样教孩子学(1-2年级)

    豆豆学习记:父母应该这样教孩子学(1-2年级)

    本书以聪明淘气、活泼可爱的“豆豆”为主人公,通过他的成长经历,映射出广大孩子在生活、学习中普遍遇到的各种问题。编者从这一年龄段(小学1-2年级)孩子的心理活动、行为方式和课程学习等方面入手,设计了很多有代表性的、生动有趣、轻松幽默的小故事,给出具体建议和行之有效的解决方案,帮助家长及时发现家庭教育中的盲点。本书内容简洁、活泼、通俗、易懂,图画精美,具有极强的实用性和可操作性,是一部指导孩子自主学习的快乐读本,同时对教育工作者也可以起到教学参考作用。
热门推荐
  • 冷妖太子妃

    冷妖太子妃

    前世的豪门千金在家却从小就被当做杀手一般培养,在一次偶然的事件中,一个陌生人告诉她她的磁场越来越弱,将要死亡。果然,在第二天她发现她的身体开始越来越透明了,最后,她华丽丽的穿越了......她穿越在了一个很奇怪的国家,但名字却没变,她变成了凤王府的嫡女,却因从小失去母亲,父亲又常年在外,导致这副身体的原主人被侧房欺负抢去了自己心爱的人后上吊自杀,而她便穿越了过来,她发誓要让欺负过她的人全部尝试一遍被欺负的感觉。不然她就不叫凤凌熙。
  • 月星阳

    月星阳

    她是琉氏大小姐,拥有纯魔鬼血统,还有隐秘的身份,而他是天使族的继承人,纯天使血统,他虽是天使族人却与天使族人又大不相同。为了找到杀父母的凶手她努力了很多年,可是终究还是败了,直到最后才发现这一切都是早已设好的圈套……“为什么!为什么!我们没有错!都是你们的错!”那个夜晚不再有琉月这个人,不再有天使的死敌,一切都结束了……阳用尽他所有的天使力量让死去的人重生,自己变成了幽魔神使,“阿月,这一次我一定要把一切说清楚,我不要你再离开我了。”
  • 穿越:王者归来

    穿越:王者归来

    她:21世纪的全能高手黑白两道的王传说她杀人的成功率百分百传说她冰冷无情却极为护短传说她在婚前被挚爱所杀她来到了魔心大陆————是天命所归?还是运气使然?既然重活一世,我定要为自己而活活出属于自己的精彩龙有逆鳞,触之即死她的逆鳞便是她誓要守护的亲人”人不犯我,我不犯人;人若犯我,百倍还之“且看她如何在大陆掀起——腥风血雨
  • 最搜奇·萌萌小志怪

    最搜奇·萌萌小志怪

    志怪,就是记录怪异,主要指魏晋时代产生的一种以记述神仙鬼怪为内容的小说,也可包括汉代的同类作品。从在我国文学史上占有重要地位的《天仙配》《窦娥冤》到我们儿时熟悉的《田螺姑娘》《崂山道士》,其实都源自志怪小说。在古代,写小说一般会被看成不入流的行为。然而上至高端大气上档次的魏文帝曹丕,下到低调奢华有内涵的一代名臣纪晓岚,都曾忍不住寄情于志怪,可见它的魅力有多大。志怪小说不仅是天马行空的想象,更是先人托物言志的工具,体现了世间百态,承载着一个时代的特色。透过魏晋时代的故事,我们体会到的是令人倾慕的魏晋风流;在唐朝的故事中,我们看到的是大国气象;而到了清朝,故事则变得更加多样也更加世俗。
  • 千金归来要复仇

    千金归来要复仇

    她是z国首富的女儿,母亲是世界顶尖珠宝鉴定师。可是父亲太过花心有了小三。父亲为了他的“一世英名”逼死了她最爱的母亲。继母继位,继妹虐待,父亲的冷漠,自己的忍让。却被无情的父亲捅上数刀。上天眷顾,她被人救起。她发誓要为死去的母亲讨回公道!
  • 异事录(叁)

    异事录(叁)

    1949年至今,最轰动中国的民间绝密档案!近十年来天涯、猫扑、豆瓣最火的悬疑小说。网络点击超过10亿,近万家网站转载,作者蛇从革不到半年内刷新了所有中国悬疑小说的记录。他让许多不爱看悬疑小说的读者都爱上了悬疑小说!
  • GONE IS GONE

    GONE IS GONE

    In this delightful story we meet Fritzl,a farmer who lives with his wife Liesi,their baby kinndli,and Spitz,their dog.Fritzl works hard in the fields every day.Liesi works hard all day,too,but Fritzl somehow feels that he works harder.
  • 重走通天仙途

    重走通天仙途

    见过穿越的,没见过穿越到自己小说里的!作为《通天仙途》这个世界的创造者,作为这个世界全知全能的神,李贤将如何改变主角被虐的剧情?
  • 苍岚仙遇

    苍岚仙遇

    唐朝末年,战乱纷纷,民不聊生。为了解开自己身世之谜的柳念飞踏上了北上寻父的旅程,没想到误打误撞的南下,成为上清派掌门道隐真人的亲传弟子,他是要参与争斗帮助情同手足的师兄登上大位?还是要帮助深受战乱之苦的百姓找回平静的生活?滚滚红尘,一边是来自大漠个性豪迈的契丹美人,一边是来自江南神似母亲的委婉知己,一边是严苛的清规戒律门派担当。如此种种他将如何取舍?何从选择?
  • 展现你的气质

    展现你的气质

    一言一行,举手投足间都在显示着我们的气质。所以要展示我们的气质就要在日常工作、生活的具体行为上下功夫,改掉坏习惯、坏作风以及消极的心态,将我们自信、乐观、豁达、敬业、幽默、干练、诚信等等好的品格融于工作、生活、言谈举止、为人处世的具体行为之中,展示给公众、朋友、家庭、单位……。如此,我们就成了一个具有美好气质的人!正是基于这种理念,我们将抽象的概念具体化为各种行为,通过各种让人们称道的行为,将美好的气质展示在各种人群前、各种场合中。